第一作者：Xiaoli Ma, Prashant Kumar, Nitish Mittal
通訊作者：Xiaoli Ma, Michael Tsapatsis
通訊單位：明尼蘇達大學（美國）
研究亮點：
1. 發展了一種配體誘導的氣相制備法，實現了高選擇性高透過性ZIF-8膜的合成。
2. 實現了丙烯/丙烷的有效分離。
對于MOF而言，做膜是不二之選。作為一種全新的膜材料，MOF膜在改造高能耗高污染的化工分離過程領域，極具吸引力。如何控制成膜的孔結構，以是實現選擇性和透過性的最優化，是低成本、大規模制備MOF膜材料的關鍵。
有鑒于此，美國明尼蘇達大學Xiaoli Ma和Michael Tsapatsis團隊發展了一種配體誘導（LIPS）氣相制備高選擇性高透過性ZIF-8膜的新策略。
圖1. LIPS制備的ZIF-8膜的透過性
2016年，Rob Ameloot團隊報道了一種CVD方法，經過ALD氧化沉積和2-甲基咪唑配體蒸汽后處理兩步，最終實現了在Si片上制備ZIF-8薄膜，并應用到微電子領域。
圖2. 前人利用CVD制備ZIF-8薄膜
Nature Materials 2016, 304–310.
和之前的所有氣相法不一樣的是，本文所述的方法是首先通過ALD在氧化鋁表面沉積一層致密而不具有透過性的ZnO膜。在ALD過程中，二乙基鋅和氧化鋁表面的羥基反應，然后經過水蒸氣處理，得到水合ZnO，完成一次ALD循環。
研究所采用的氧化鋁基底具有2-5 nm孔結構，在經過處理前對丙烯的透過性為10?6 mol Pa?1 m?2 s?1。經過8圈ALD沉積之后，透過性降低為10?8 mol Pa?1 m?2 s?1，經過10圈之后，進一步降低到2 X 10?11 mol Pa?1 m?2 s?1，幾乎不可透過性。
然后，研究人員將ALD循環10圈后的材料置于2-甲基咪唑蒸汽,形成ZIF-8，透過性得到大幅提高，丙烷/丙烯選擇性也得到增強。以10-20圈ALD循環得到的ZIF-8/Al2O3材料為研究對象，丙烯選擇性接近100%，透過性>10?8 mol Pa?1 m?2 s?1。
總之，這項研究為低成本、大規模制備MOF膜材料提供了新策略。
圖3. LIPS制備的ZIF-8膜的微結構
圖4. LIPS制備的ZIF-8膜的水洗前后衍射對比
參考文獻：
Xiaoli Ma, Prashant Kumar, Nitish Mittal, Michael Tsapatsis et al. Zeolitic imidazolate framework membranes made by ligand-induced permselectivation. Science 2018, 361,1009-1011.
DOI: 10.1126/science.aat4123
